CN105229289A - 增强的废热回收系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于改进内燃机效率的方法改变了膨胀机装置的活塞腔室中的体积。膨胀机装置通常以固定膨胀机装置速度操作以对斜板膨胀机轴做功。斜板膨胀机轴连接到活塞腔室中活塞的第一端。

Description

增强的废热回收系统
相关申请
本申请要求在2013年3月12日提交的美国专利申请序列号No.61/804,849的优先权和权益，该专利申请以全文引用的方式并入到本文中。
背景技术
常规内燃机(ICE)具有有限的制动热效率(BTE)。在燃烧过程中产生的能量可能仅部分地转换成有用功。大部分燃料能量在废气中作为废热丢弃。优选地从废气俘获或回收废热中的某些或全部以改进发动机的热效率，因此降低燃料消耗并且降低CO2排放。
发明内容
一种用于改进内燃机效率的方法改变了膨胀机装置的活塞腔室中的体积。膨胀机装置通常以固定膨胀机装置速度操作以对斜板膨胀机轴做功。斜板膨胀机轴连接到活塞腔室中活塞的第一端。
附图说明
对于本领域技术人员而言，当结合附图来考虑时，通过下文的详细描述，本公开的上述以及其它的优点将会变得显而易见：
图1是废热回收系统的一实施例的示意图；
图2A是描绘了在不足的膨胀损失下的废热回收系统的压力与体积关系图；
图2B是描绘了在过度膨胀损失下的废热回收系统的压力与体积关系图；
图3是固定体积斜板活塞膨胀机的一实施例的示意局部剖视侧视图；
图4是描绘了不可变的膨胀机装置的第一循环的压力与体积关系的曲线图并且其也描绘了可变膨胀机装置的第二循环的压力与体积关系的曲线图；
图4A是用于图4的不可变膨胀机装置的体积与位移关系的曲线图；
图4B是用于图4的不可变膨胀机装置的端口状态与时间关系的曲线图；
图4C是用于图4的可变膨胀机装置的体积与位移关系的曲线图；
图4D是用于图4的可变膨胀机装置的端口状态与时序关系的曲线图；
图5是可变体积斜板活塞膨胀机的一实施例的示意局部剖视侧视图；以及
图6是描绘了在固定体积斜板活塞膨胀机与可变体积斜板活塞膨胀机之间差异的压力与体积关系图。
具体实施方式
应了解本发明可以呈现各种替代取向和步骤顺序，除非明确地规定为相反情况。还应了解在附图中示出和下文的说明书中的具体装置和过程只是本发明的发明构思的示例性实施例。因此，关于所公开的实施例的具体尺寸、方向或其它物理特征并不认为是限制性的，除非明确地陈述为相反情况。
能使用废热回收循环来回收来自内燃机的废热能的至少一部分。这种循环的一个示例可能是诸如有机朗肯循环(ORC)，但本发明并不限于这种循环。
在图1中描绘了废热回收(WHR)系统10的一实施例。
在图1中，在系统10中的正位移膨胀机装置12由皮带或齿轮箱18直接机械地联接到ICE16的曲轴14。通过这个连接，膨胀机装置12可以向曲轴14供应额外扭矩和功率。通过将膨胀机装置12连接到ICE16，改进了ICE16的总热效率，导致较低燃料消耗和更低CO2排放。
虽然本说明书将使用膨胀机装置12的示例，可以认识到本文所讨论的方面也可以适于压缩机。
WHR系统包括热俘获回路20、正位移膨胀机装置12、冷凝器22、进给泵24和工作流体。工作流体是适合ICE的废热流动或这种流体混合物的温度范围的二相流体。在大部分实施例中，流体的两相是液体和气体或蒸气。
泵24从一个装置向另一个装置移动流体，如图1所示。冷凝器22在膨胀机装置22中做功之后使流体冷凝。
热俘获回路20包括热交换器26和通向热交换器26和离开热交换器26的流体管线。第一管线28使流体从涡轮增压器30进入到热交换器26内。涡轮增压器30连接到ICE16。第一管线28离开热交换器26，其中，第一管线28延伸到后处理装置。后处理装置可以是诸如(但不限于)粒子过滤器、催化转换器和/或选择性催化还原装置。
第二管线32连接正位移膨胀机装置12、冷凝器22和泵24与热交换器26。虽然在上文中使用了“第二管线”和“第一管线”并且暗示每一个是单独管线，可以意识到多个管线可以构成“第一管线”或“第二管线”。
在诸如图1所描绘的一实施例中，在热交换器26中的第一管线28包含从ICE16经由涡轮增压器30的废热流动。在热交换器26内，第一管线28能以任何方式延伸，可以包括曲线方式。第一管线28也可以分成热交换器26内的多个管线。
第二管线32也可以以任何方式在热交换器26内延伸，包括曲线方式。第二管线32也可以分成热交换器26内的多个管线。
无论在热交换器26内第一管线28或第二管线32的大小、形状或设计如何，优选地，第一管线28或第二管线32彼此相邻或接触，使得来自第一管线28的热通过对流、传导和/或辐射而与第二管线32进行交换。
来自第一管线28的热使第二管线32中的流体转换为气体或蒸气。蒸气通过第二管线32行进到正位移膨胀机装置12。蒸气在装置12中膨胀以生成有用功，有用功可以被发送到传动系。
如上文所描述的那样，在描绘的实施例中，热交换器26从ICE经由涡轮增压器30接收在第一管线28中的热流体。涡轮增压器30可以包括涡轮34，涡轮34连接到压缩机36。压缩机36向ICE16提供压缩空气，如经由管线38所示，管线38将压缩机36连接到ICE16。压缩空气比周围空气密度更大，这使得ICE16在操作时更高效并且更强大，因为更多空气进入燃烧腔室。ICE16依次经由管线40将热废气递送到涡轮34，管线40连接ICE16与涡轮34。涡轮34将热废气转换为旋转能，然后旋转能以机械方式传送到压缩机36。虽然在本文中讨论和描绘了涡轮增压器30，可以意识到本发明的废热回收系统10能在没有涡轮增压器30的情况下以基本上相同方式操作。
通常，WHR系统10将被设计成在ICE16的正常操作点最佳地工作，得到根据正常发动机速度和负荷的热交换器26的最佳蒸发压力和温度和工作流体的最佳质量流量。可以通过利用适合于车辆操作条件的热交换器26、冷凝器22、泵24和膨胀机装置12的大小和类型而实现优化。
然而，ICE16也可以在高动态条件诸如高变化性发动机速度和发动机负荷下操作，导致WHR系统10的动态操作条件。在这些条件下，必须控制工作流体的质量流率和/或蒸发压力和温度以使WHR系统10所生成的功率最大。
在其中正位移膨胀机装置12通过皮带或齿轮箱18直接连接到ICE16并且更特定而言ICE曲轴14的实施例中，膨胀机装置12和发动机速度具有固定速比。可以认识到在此情形下，对于具有固定位移的膨胀机装置12而言，不能独立于发动机速度控制工作流体的质量流率。在此条件下，在热交换器26中发生非最佳蒸发压力。可以认识到如果流体并不在热交换器26中最佳地蒸发，其将不在膨胀机装置12中做相同功，因此，使得WHR系统效率比其原本可能的效率更低。
继续此示例，当车辆以恒定速度行驶并且道路斜率增加时，在ICE16上的负荷也增加。增加的发动机负荷导致更高的燃料消耗并且因此在废气中能回收更多热能。为了优化废热回收，当WHR系统10以恒定并且最佳工作条件操作时，工作流体的质量流率增加。在ICE16和正位移膨胀机装置12以恒定速度操作时，不能改变膨胀机装置12的质量流率，导致热交换器压力升高。在膨胀机装置12具有固定位移和膨胀比时，膨胀机装置12入口压力升高将造成不足膨胀损失增加并且因此降低WHR系统10的转换效率，这可以从图2A认识到。图2B示出了相反情况，其为流体过度膨胀的情形。这种情形也是不合需要的，因为，这减少了能用于从流体提取的功量。
在图2A和图2B中，使用以下附图标记，在下文中定义：
Pex是当活塞腔室向出口打开时在工作流体排放口的压力；
Pin是活塞腔室中膨胀阶段结束时压力；
Psu是吸入压力，因此是进入活塞腔室的流体压力；
Vs.exp是不能使用的死体积；以及
Vs.cp是活塞将覆盖的可用体积。
在ICE和WHR系统的可变发动机速度或其它动态操作条件下可以采用类似基本原理。为了使WHR系统的转换效率最高，将独立于发动机速度来控制工作流体的质量流率和/或热交换器压力。
本文所描述的装置和方法利用图1所描绘的结构通过控制WHR系统10中的正位移膨胀机装置12的热循环过程而克服了上文所讨论的缺点。更具体而言，控制正位移膨胀机装置12的质量流率并且控制废热热交换器装置12中的工作流体的压力水平。
正位移膨胀机装置12通过将蒸气填充到固定体积诸如活塞腔室而工作。如上文所描述的那样，由热交换器26供应蒸气。在闭合了活塞腔室体积之后，截留蒸气并且迫使活塞位移或膨胀。根据具体情况，一个或多个活塞递送功到膨胀机轴(膨胀机轴附连到活塞)，使得膨胀机轴旋转。
如上文所指示，正位移膨胀机装置12由皮带或齿轮箱18直接机械联接到ICE曲轴14。因此，可以认识到由膨胀机装置12生成的扭矩添加到ICE曲轴14，因此增加了发动机的功率输出。通过控制ICE活塞腔室的入口开口打开以使蒸气进入腔室的时刻，可以最小化过度膨胀损失和不足膨胀损失，并且因此能使膨胀机装置功率输出最高。
用于固定位移轴向活塞膨胀机装置12的活塞入口腔室开口42也可以利用旋转入口盘44而受到控制，如在图3中所描绘。图3示意性地描绘了在活塞腔室48内的一个活塞46。斜板50在活塞46的一端枢转地连接。当蒸气通过入口开口42引入到活塞腔室48内时，其迫使活塞46在轴向方向上远离开口42。活塞46的轴向移动传到斜板50，斜板50经由其与活塞46的枢转连接将轴向移动转换为旋转力。
斜板50连接到膨胀机轴52。来自斜板50的旋转力传到膨胀机轴52以使轴52旋转。轴52可以直接或间接地连接到上文所提到的皮带或齿轮传动装置18。
在描绘的实施例中，入口开口42位于活塞46与斜板50的连接部相对处。开口42穿过活塞腔室壁56通向通道54。通道54被示出为锥形并且向下导向，但也允许其它形状、大小和方向。
活塞腔室通道54与旋转入口盘44上的入口端口58选择性地对准。旋转入口盘44与活塞46的移位同步。入口盘44安装在与斜板50相同的轴52上。虽然入口盘44被示出在与斜板50共同的整体轴52上，轴52可以是多于一个部件或者包括提供相同效果的机械连接部。
一般而言，入口盘44以与斜板50相同的速度随着轴52旋转。如果入口盘44的入口端口58延迟，入口盘44可以以与斜板50不同的速度旋转。在此情况下，入口盘44以不同速度旋转，直到其到达新位置并且然后再次以轴52速度转动。
上文所描述的膨胀机装置12的循环以图4示出的压力与体积关系图表示。当活塞46到达其顶部死点(1)(也被称作顶部死中心)时，在旋转入口盘44中的入口端口58与活塞腔室48的入口开口42对准，因此允许工作蒸气填充顶部死体积，顶部死体积在图4中以Vin表示。另外，在图4A中绘制了体积与活塞位移关系的图，在图4B中绘出了端口状态与入口端口的时序的关系。在图4B中，在闭合时以零表示端口状态，当打开时以一表示端口状态。
WHR工作蒸气以入口压力Pin进入顶部死点中的空隙体积Vin(2)。在活塞46向后移动时，入口盘44旋转并且闭合活塞腔室48。工作蒸气在活塞腔室48中膨胀直到到达了活塞46的底部死点，在这个点，出口端口60打开(3)。
出口端口60也承载于入口盘44上。出口端口60可以相对于入口端口58以任何方位角量定位于盘44上。在入口端口58与出口端口60之间的方位角距离取决于活塞腔室48的大小和活塞46的冲程。
在底部死点，蒸气离开活塞腔室48并且流体朝向冷凝器离开，压力降低到出口压力pout(4)。然后，活塞46向前移动并且压缩留在活塞腔室48中的蒸气直到再次到达顶部死点(1)并且循环重新开始。
由于膨胀机装置12具有固定位移，对于给定膨胀机装置2速度而言，膨胀机装置12的体积和质量流率也是固定的。在给定膨胀机装置12速度，改变体积或质量流率的一种方式是使旋转入口盘44相对于活塞位移滞后。在图4以及图4C和图4D(其将在下文中描述)中也描绘了这种情形。
在活塞(1)的顶部死点，在旋转入口盘44相对于活塞46位移滞后时，入口端口58仍闭合。活塞46开始向后移动并且仅当活塞46到达点(1')时，入口端口58打开。现在工作蒸气以入口压力pin(2')填充空气体积。蒸气膨胀直到到达了活塞底部死点(3')，在此点，出口端口60打开并且蒸气以出口压力pout(4)离开活塞腔室48。然后，活塞46向前移动并且压缩留在活塞腔室48中的蒸气直到再次到达顶部死点(1)并且循环重新开始。在此情形下的活塞46移动也在图4C和图4D中清楚地认识到。
通过使旋转入口盘44相对于活塞位移延迟，与旋转入口盘44并不相对于活塞位移滞后相比，空隙体积V'in变得更大，如可以从图4、图4A和图4C了解到。因此，对于相同给定膨胀机装置12速度，体积(其可以从图4、图4A和图4C了解到)和质量流率增加。通过具有入口端口58的可变时序，WHR工作蒸气的质量流率可以独立于膨胀机装置12速度进行控制并且可以使WHR系统的转换效率最佳。
除了前文描述之外，描述了具有固定可变空隙的固定位移轴向活塞膨胀机12。使活塞冲程的顶部死中心的空隙体积可变。在描绘的实施例中，通过使可移动部分62在活塞腔室48中滑动而使体积可变，如在图5中示出。
在图5中，移动的活塞腔室48的部分是缸盖64的一部分。虽然描绘了缸盖64，应意识到活塞腔室48的其它部分能总体地或部分地移动。如果缸盖64被选择为移动部分，仅盖64的一部分可以移动，如图5所示，或者整个盖64能移动以形成可变的空隙体积。
在图5中，缸盖64能在轴向方向上远离活塞46移动以使得缸盖64与活塞46之间的空隙体积增加。因此，膨胀机装置12的质量流率能独立于膨胀机装置12速度改变。对于可变的空隙体积，膨胀机装置12循环，并且以图6的压力与体积关系图表示固定空隙体积。
对于固定空隙体积，当活塞46到达其顶部死点(1)时，在旋转入口盘44中的入口端口58匹配活塞腔室48的入口开口42，允许ORC工作蒸气填充空隙体积Vin。ORC工作蒸气以入口压力Pin(2)在顶部死点进入空隙体积Vin。在活塞46向后移动时，入口盘44进一步旋转并且闭合活塞腔室48。工作蒸气膨胀直到到达了活塞46的底部死点，在底部死点，出口端口打开(3)。在底部死点，蒸气离开活塞腔室48并且压力降低到出口压力pout(4)。然后，活塞46向前移动并且压缩留在活塞腔室48内的蒸气直到再次到达顶部死点(1)并且循环重新开始。
在活塞膨胀机48具有固定位移时，对于给定膨胀机装置12速度而言，膨胀机装置12的体积和质量流率也是固定的。在给定膨胀机速度,改变体积或质量流率的一种方式是使空隙体积可变。相对应循环也在图6中表示。通过使缸盖64的移动部分62向左滑动，在顶部死点的空隙体积增加到V'in，在活塞的顶部死点(1')，工作蒸气以入口压力pin(2')进入活塞腔室48。蒸气膨胀直到到达了底部死点(3')，在此点，出口端口60打开并且蒸气以出口压力pout(4')离开活塞腔室48。然后，活塞46向前移动并且压缩留在活塞腔室48中的蒸气直到再次到达顶部死点(1')并且循环重新开始。通过使缸盖64的移动部分62滑动，仅改变空隙体积，但对于两个循环而言，位移ΔV保持相同。
通过使空隙体积可变，可以独立于膨胀机装置12速度来控制体积和质量流率，并且可以优化WHR系统的转换效率。上文所描述并且图6所描绘的系统只是改变空隙体积的所有可用技术的一种可能方案；然而，工作原理仍是相同的。
根据专利法规的条款，以被认为表示本发明优选实施例的方面描述了本发明。然而，应当指出的是在不偏离本发明的精神或范围的情况下能以不同于具体示出和描述的方式来实践本发明。

Claims (10)

1.一种用于改进内燃机效率的方法，
包括：
改变具有固定膨胀机装置速度的膨胀机装置的活塞腔室的体积，以使得所述膨胀机装置对于连接到所述活塞腔室上的活塞的第一端的斜板膨胀机轴做功。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：当所述活塞到达所述活塞腔室中在轴向远离活塞顶部死点的预定点时，使流体入口端口向所述活塞腔室选择性地打开以允许蒸气进入到所述活塞腔室内，因此改变所述活塞腔室的体积，所述蒸气使所述活塞在轴向远离所述预定点移动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述蒸气在所述活塞腔室中膨胀并且推动所述活塞到所述活塞腔室中的底部死点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过使所述活塞腔室的一部分移动而改变所述活塞腔室体积。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述活塞腔室包括缸盖，当所述活塞处于活塞顶部死点时，所述缸盖选择性地移动，这增加了所述活塞腔室体积。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述活塞腔室位于膨胀机装置内，所述膨胀机装置接收从连接的热交换器泵送的蒸气。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述活塞连接到膨胀机轴，所述膨胀机轴向内燃机输出轴提供扭矩。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，斜板将所述活塞连接到所述膨胀机轴以将所述活塞的轴向移动转换成所述膨胀机轴中的旋转移动。
9.一种正位移膨胀机装置，包括：
活塞腔室；
位于所述活塞腔室内的活塞；
位于所述活塞腔室中的活塞入口腔室开口；以及
膨胀机轴，其连接到斜板和旋转入口盘，所述斜板连接到所述活塞，
其中所述旋转入口盘具有与所述活塞入口腔室开口选择性地匹配的入口端口和与所述活塞腔室入口腔室开口选择性地匹配的出口端口。
10.根据权利要求9所述的正位移膨胀机装置，其中，包括所述活塞腔室的缸盖的一部分选择性地移动以在所述活塞腔室中形成可变的空隙体积。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108757163A (zh) * 2018-05-11 2018-11-06 华南理工大学 一种涡轮复合内燃机余热利用装置及其控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10012136B2 (en) * 2015-08-25 2018-07-03 Brian Shor System and method for recovering thermal energy for an internal combustion engine
DE102016225091A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Mahle International Gmbh Wärmerückgewinnungseinrichtung
CN109356522A (zh) * 2018-12-14 2019-02-19 中国科学院沈阳自动化研究所 一种地外天体用旋转自钻进装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1369650A (zh) * 2001-02-02 2002-09-18 沙厄-丹福丝股份有限公司 斜盘定位辅助机构
US6725662B2 (en) * 1999-12-08 2004-04-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Drive device
US20100090476A1 (en) * 2007-04-27 2010-04-15 Hirofumi Wada Fluid Machine, Rankine Circuit, and System for Utilizing Waste Heat from Vehicle
WO2012069122A2 (de) * 2010-11-26 2012-05-31 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297086A (en) * 1979-02-16 1981-10-27 The Garrett Corporation Fluid motor-pump unit
US4987863A (en) * 1989-09-28 1991-01-29 Siemens-Bendix Automotive Electronics L.P. Variable compression ratio internal combustion engine
US6510779B2 (en) * 2001-02-02 2003-01-28 Sauer-Danfoss, Inc. Electronic bore pressure optimization mechanism
EP1577489A1 (en) * 2002-12-25 2005-09-21 HONDA MOTOR CO., Ltd. Rotary fluid machine
EP1443201B1 (en) * 2003-01-28 2016-03-23 Denso Corporation Fluid machine operable in both pump mode and motor mode and waste heat recovering system having the same
US7748226B2 (en) * 2003-03-25 2010-07-06 Denso Corporation Waste heat utilizing system
JP2005337066A (ja) * 2004-05-25 2005-12-08 Toyota Industries Corp ランキンサイクル装置
BRPI0511592A (pt) * 2004-05-26 2008-01-02 Sanderson R Man Inc mecanismo de curso e folga variáveis
DE102009044930A1 (de) * 2009-09-24 2011-04-07 Ernst Beck Gasexpansionsmotor
DE102010036917A1 (de) * 2010-08-09 2012-02-09 Amovis Gmbh Axialkolbenmaschine
KR20140024390A (ko) * 2011-04-19 2014-02-28 세드, 챈단, 쿠마 분할주기 가변위상 왕복피스톤 불꽃점화엔진
CN105102769A (zh) * 2013-03-25 2015-11-25 德纳有限公司 废热回收系统和控制这种系统中所包括的正排量膨胀机的质量流率的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6725662B2 (en) * 1999-12-08 2004-04-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Drive device
CN1369650A (zh) * 2001-02-02 2002-09-18 沙厄-丹福丝股份有限公司 斜盘定位辅助机构
US20100090476A1 (en) * 2007-04-27 2010-04-15 Hirofumi Wada Fluid Machine, Rankine Circuit, and System for Utilizing Waste Heat from Vehicle
WO2012069122A2 (de) * 2010-11-26 2012-05-31 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108757163A (zh) * 2018-05-11 2018-11-06 华南理工大学 一种涡轮复合内燃机余热利用装置及其控制方法

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Publication number Publication date
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